PRESENTATION

II.2.1 Prélèvements d’eaux météorites ... 54

II.2.2 Prélèvements d’eaux de ruissellement de toiture ... 54

II.2.3 Prélèvements d’eaux stockées en cuve ... 54

II.2.4 Prélèvements d’eaux distribuées pour les usages ... 55

II.2.5 Prélèvements de sédiments ... 55

III PARAMETRES ANALYSES ... 55

III.1 PRESENTATION... 55 III.2 FLACONNAGE ... 57 III.3 PROTOCOLES... 57

III.3.1 Analyses physico-chimiques ... 57

III.3.2 Analyses microbiologiques ... 58

IV TRAITEMENT STATISTIQUE DES DONNEES ... 59

IV.1 BOITES A MOUSTACHES... 59 IV.2 ANALYSES MULTI VARIEES ... 59

IV.2.1 Analyse en composantes principales (ACP) ... 60

IV.2.1.1 Principe... 60 IV.2.1.2 Obtention des variables centrées réduites ... 60 IV.2.1.3 Obtention des axes ... 60 IV.2.1.4 Représentation des variables... 61 IV.2.1.5 Représentation des individus ... 61 IV.2.1.6 Retour aux données... 61

IV.2.2 Classification ascendante hiérarchique (CAH) ... 61

IV.2.2.1 Principe... 62 IV.2.2.2 Choix des variables représentant les individus ... 62 IV.2.2.3 Choix d’un indice de dissimilarité ... 62 IV.2.2.4 Choix d’un indice d’agrégation ... 62 IV.2.2.5 Représentation ... 63

La première partie de ce chapitre a pour objectif de décrire les installations de récupération des eaux de pluie en aval des toitures et de réutilisation dans l’habitat qui ont fait l’objet de deux études de cas. Les matériels et méthodes associés à la campagne analytique des installations sont détaillés dans les parties suivantes.

Les sites ont été sélectionnés afin de mener l’étude de la récupération des eaux de pluie à deux échelles différentes : celle de la maison individuelle et celle du bâtiment collectif. En outre, ces deux sites diffèrent par leur environnement. Le premier est situé en zone pleinement rurale, le second est un site périurbain.

Le schéma de principe des deux installations mises en place est fourni sur la Figure II-1. Chaque système comprend une surface de collecte. Les eaux sont ensuite acheminées via les descentes pluviales jusqu’à une cuve de stockage, après avoir subi au préalable une filtration primaire. La distribution des eaux dans l’habitat est ensuite assurée par pompage et un traitement est réalisé avant l’utilisation de l’eau en tant qu’alimentation de chasses d’eau. La bascule éventuelle du système sur un réservoir d’appoint en eau potable assure la continuité de la distribution. Ces installations sont conformes aux exigences de l’arrêté du 21 août 2008 relatif à la récupération des eaux de pluie et à leur usage à l’intérieur et à l’extérieur des bâtiments (arrêté du 21 août 2008).

La conception et l’installation des systèmes de récupération-réutilisation des eaux de pluie ont été réalisées au cours de la thèse. Le matériel a été fourni par Sotralentz Habitat, qui a également participé à la réalisation technique des installations. Une étape importante des chantiers a consisté en la mise en place des équipements nécessaires à la réalisation de la campagne analytique et au suivi des volumes.

I

DESCRIPTION DES SITES

I.1 Maison individuelle en milieu rural

Le premier site d’étude est une maison individuelle construite dans les années 90 raccordée au réseau d’eau potable et disposant d’un assainissement non collectif (Figure II-2). La maison

est entourée d’un terrain de 2 300 m2. Elle est occupée par une famille composée d’un couple

et de deux adolescents.

Figure II-2. Site 1 : Maison individuelle I.1.1 Localisation

Le site est situé en zone pleinement rurale dans le Tarn (81) à environ 40 km au nord-ouest de Toulouse (31) en direction d’Albi (Figure II-3, Figure II-4). La maison fait partie de la commune de Rabastens qui représente environ 8 000 habitants et est éloignée d’environ 6 km du centre-ville.

L’agriculture du département est caractérisée, d’une part, par de grandes cultures du type blé, maïs et colza et, d’autre part, par la viticulture (Figure II-5). Le site se trouve, en effet, proche du vignoble de Gaillac.

Figure II-3. Situation géographique du site 1 - Plan large

Figure II-4. Situation géographique du site 1- Carte IGN 2142 E (1 :25 000)
Coordonnées GPS : 43°51’59.83’’N, 1°44’03.56’’E

Figure II-5. Vue aérienne de l’environnement du site 1 I.1.2 Description du système

I.1.2.1 Récupération des eaux de pluie en aval des toitures

I.1.2.1.1 Surface de collecte

La maison dispose d’une toiture en tuile avec des pentes de 30 % et une surface projetée au

sol de 204 m2 (Figure II-6). Les propriétaires n’ont pas réalisé de traitement sur la toiture

depuis la construction.

Figure II-6. Surface de la toiture du site 1 I.1.2.1.2 Descentes pluviales

Les eaux de pluie sont évacuées de la toiture aux angles de la maison. La répartition de la surface de la toiture par descente de gouttière exprimée en pourcentage est présentée sur la Figure II-7. Les gouttières sont ouvertes et sont en acier zingué tout comme les descentes pluviales, lesquelles ont été équipées de crapaudines en polypropylène (Figure II-8). Les quatre descentes pluviales disposent d’un regard de collecte (Figure II-9). La totalité des eaux

ruisselant sur la toiture a été regroupée dans une même conduite qui alimente la cuve à l’aide de tuyaux et raccords en polychlorure de vinyle (PVC).

Figure II-7. Estimation de la surface en pourcentage par descente de gouttière sur le site 1

Figure II-8. Crapaudine sur le site 1

Un regard de collecte

Un regard de collecte

I.1.2.1.3 Cuve de stockage

La cuve installée a une capacité de 5 000 L. Ce volume est celui le plus fréquemment vendu aux ménages en France pour une réutilisation dans l’habitat. Il s’agit du modèle Aqualentz simple peau modèle AT112, produit par extrusion-soufflage de polyéthylène haute densité (PEHD) et assemblage par soudage PEHD de deux modules horizontaux de 2 500 L chacun (Figure II-10). La peau intérieure est en PEHD alimentaire. Cette cuve est vendue comme étant inaltérable, peu sensible aux chocs et résistante aux variations de remplissage, insensibles aux écarts de température, facile à manutentionner et à mettre en place. La cuve est enterrée dans le jardin. Elle repose sur une dalle de ciment sable de 20 cm d’épaisseur. Le remblai a été réalisé avec du ciment sable et de la terre (Figure II-11).

Entrée eaux de toit Trou d’homme Trop-plein

Rehausse équipée d’un filtre

Sortie filtre Entrée eaux de toit Trou d’homme Trop-plein

Rehausse équipée d’un filtre

Sortie filtre

Figure II-10. Présentation de la cuve en PEHD de 5 m3 du site 1

Figure II-11. Mise en place de la cuve enterrée sur le site 1

Cette cuve dispose de plusieurs équipements destinés à améliorer la qualité des eaux de pluie collectées. La rehausse modèle Sinus comprend une entrée d’eaux de pluie brutes et un filtre dégrilleur démontable pour un accès à l’intérieur de la cuve. Ce filtre est composé d’une cartouche horizontale en inox, équipée d’une grille de maille 5 mm. Le nettoyage de cette cartouche est assuré de façon hebdomadaire par rétro lavage. La mise en rotation du filtre par l’arrivée d’un jet d’eau entraîne alors l’évacuation des débris accumulés vers le trop-plein

(Figure II-12, Figure II-13). L’eau passée au travers du dégrilleur pénètre ensuite dans un tube tranquillisateur démontable, plongeant au fond de la cuve pour éviter de remettre en suspension les sédiments éventuels (Figure II-13, Figure II-14). La prise d’eau est assurée par un tube souple d’aspiration équipé d’une crépine en inox avec clapet-anti-siphonnage et d’un flotteur évitant l’aspiration des boues du fond et des matières flottantes (Figure II-14). Enfin, la cuve est équipée d’un siphon d’évacuation du trop-plein et d’aspiration des particules flottantes situé au dessus du fil de l’eau de sortie. Ce siphon est fermé par une barrière anti- rongeur amovible en inox (Figure II-14).

Figure II-12. Tube diffuseur-tranquilisateur et dégrilleur en cuve sur le site 1

Diffuseur - tranquilisateur Dégrilleur

Diffuseur - tranquilisateur Dégrilleur

Figure II-14. Intérieur de la cuve du site 1

I.1.2.2 Réutilisation dans l’habitat

I.1.2.2.1 Système de pompage

Le système de pompage et de filtration a été installé dans le sous-sol de la maison. Le système de pompage Sotralentz Habitat de type BOX V40 E est équipé d’une vanne trois voies (Figure II-15). Quand la sonde de niveau reçoit l’information que la cuve est vide, le basculement de la cuve vers un réservoir d’eau potable d’une contenance d’environ 18L a lieu. Ce réservoir est équipé d’un flotteur mécanique et son remplissage est assuré par le réseau d’eau potable. L’arrivée de l’eau potable s’effectue par écoulement libre par le haut du réservoir d’appoint afin d’éviter tout risque d’interconnexion avec le réseau d’eau de pluie. Il s’agit d’une disconnexion par surverse totale au sens de la norme NF EN 1717 (AFNOR, mars 2001).

I.1.2.2.2 Système de filtration

Le système de filtration modèle NW 25 DUO de chez Cintropur comprend une chaussette filtrante en polyester suivie d’un filtre à charbon actif (Figure II-16). Selon Sotralentz, le seuil de coupure de la filtration est de 25 μm et il est conseillé de remplacer la manchette deux fois par an. Le charbon utilisé est de type Norit Row 08 SUPRA avec un diamètre moyen de grain égal à 0,8 mm. Le filtre à charbon actif contient 0,85 L et il est recommandé de le renouveler tous les six mois.

I.1.2.2.3 Traitement UV

Le traitement UV installé est un modèle EUREKA de la société RER (Figure II-17). Il comprend principalement une chambre de traitement en inox, une gaine de quartz et une lampe UV de 36 W. Un bouton marche/arrêt permet d’utiliser ou non la désinfection UV. Lorsque la lampe est allumée, le fonctionnement est continu. La durée de vie de la lampe est estimée à

9 000 h. Figure II-17. Traitement UV du site

I.1.2.2.4 Raccordement aux usages

L’eau provenant de la cuve de stockage des eaux de pluie récoltées en aval de la toiture est destinée à être utilisée pour l’évacuation des excrétas (Figure II-18). Deux des trois chasses d’eau de la maison ont donc été raccordées : une des chasses d’eau est dans le garage au sous-sol, la deuxième est située à l’étage, au milieu des pièces de vie. Un robinet extérieur a été installé sur la façade nord de la maison mais n’a été utilisé que pour la réalisation de prélèvements (Figure II-18).

Figure II-18. Robinet extérieur alimenté par la cuve sur le site 1

Une photographie du système de réutilisation complet est fournie sur la Figure II-19. Les tuyaux de distribution de couleur bleue sont en polyéthylène réticulé (PER) avec gaine en PVC. Les vannes et raccords sont en laiton chromé. Pour les besoins de l’étude, des vannes supplémentaires et des compteurs ont été installés.

I.1.3 Réalisation de la vidange annuelle

La vidange de la cuve du site 1 a été réalisée le 19 mai 2010, soit un an et demi après la première mise en eau du système. L’eau présente dans la cuve a été vidée à l’aide d’un camion hydrocureur (Figure II-20) jusqu’à ce que le voile de boue soit atteint. Un aspirateur préalablement javellisé et rincé avec de l’eau de la cuve a ensuite été utilisé afin de prélever les eaux chargées en sédiment présentes au fond (Figure II-21).

Figure II-20. Camion hydrocureur sur le site 1 Figure II-21. Prélèvements d’eaux chargées en sédiments sur le site 1

I.2 Bâtiment collectif en milieu semi-urbain

Le second site d’étude est une école d’ingénieur : Ecole Nationale Supérieure d’Agronomie de Toulouse - Avenue de l'Agrobiopole - BP 32607 - Auzeville-Tolosane - 31326 Castanet- Tolosan cedex. Le bâtiment de la partie recherche a été sélectionné étant donné la surface de collecte qu’il représente et l’activité constante qui s’y déroule tout au long de l'année (Figure II-22). Ce site est raccordé au réseau d’eau potable et à un assainissement collectif.

I.2.1 Localisation

Le deuxième site est dans un environnement suburbain, puisque situé dans la banlieue proche de Toulouse (Figure II-23). L’agglomération toulousaine représente environ 860 000 habitants. Le site est situé à environ 12 km de la place du Capitole, représentant l’hyper-centre de la ville. La zone est proche d’un axe routier fréquenté. Des champs expérimentaux s’étendent sur 70 ha à proximité (Figure II-24, Figure II-25).

Figure II-22. Site 2 : Bâtiment collectif

Figure II-23. Situation géographique du site 2- Plan large

Figure II-24. Situation géographique du site 2 – Carte IGN 2144 O (1 :25 000)

Figure II-25. Vue aérienne de l’environnement du site 2 I.2.2 Description du système

I.2.2.1 Récupération des eaux de pluie en aval des toitures

I.2.2.1.1 Surface de collecte

Ce deuxième site est un bâtiment avec une toiture terrasse (Figure II-26). Le bâtiment de la

partie recherche a été sélectionné étant donné la surface de collecte d’environ 1 600 m2 qu’il

représente. La fiche technique du matériau de la toiture indique plusieurs éléments constitutifs : polyester stabilisé, elastomère, paillettes d’ardoise ou granulés minéraux et film thermofusible.

I.2.2.1.2 Descentes pluviales

Les entrées d’eau de pluie dans la toiture sont équipées de crapaudines en acier galvanisé. Les eaux sont évacuées par des descentes pluviales en PVC qui débouchent au sous-sol dans un vide sanitaire (Figure II-27). Les sorties de ces collecteurs sont visibles à l’extérieur (Figure II-28). Les surfaces de toit correspondant aux différents collecteurs d’eaux pluviales étudiés

sont de 180 m2, 344 m2, 607 m2 et 525 m2.

Figure II-27. Vide sanitaire du site 2 Figure II-28. Sortie d’un collecteur d’eaux pluviales du site 2

I.2.2.1.3 Filtration primaire

Un filtre dégrilleur à cascade pour gros débit VF6 a été installé en amont de la cuve. Ce filtre possède deux entrées sur lesquelles ont été branchées deux des descentes pluviales d’une part et les deux autres d’autre part. Les eaux de pluie arrivent dans un bac qui alimente par surverse une « cascade », laquelle assure l’élimination des particules grossières (Figure II-29). L’eau entrée par les fentes de cette cascade traverse ensuite un tamis de 0,55 mm, lequel permet de retenir les impuretés plus fines (Figure II-30). L’eau filtrée alimente la cuve par un tuyau situé au fond du filtre, tandis que les refus de dégrillage sont évacués par un trop-plein.

Figure II-29. Dégrilleur du site 2

I.2.2.1.4 Cuve de stockage

D’après la pluviométrie de 0,6348 m3 / m2 / an, le volume d’eau récupérable a été évalué à

543 m3 par an. La période sèche sur Toulouse est en moyenne de 10 jours et peut aller jusqu’à

20 jours. Il a donc été décidé, après calcul, d’utiliser une cuve de 30 m3.

Une cuve double peau en PEHD EP-DP 30000 a été enterrée, de façon à ce qu’elle soit hors gel (Figure II-31). Du fait de la présence d’une nappe alluviale, cette cuve repose sur un radier et une dalle en béton afin d’éviter qu’elle ne soit endommagée lorsque le niveau d’eau de la nappe monte. Enfin, une dalle de répartition a été réalisée pour permettre le passage des véhicules. En effet, la cuve est située sous un parking de voitures, sur lequel des opérations de grutage sont parfois réalisées.

Cette cuve est équipée d’un tube tranquillisateur, d’un tuyau souple d’aspiration et d’un siphon d’évacuation du trop-plein, similaires à ceux décrits pour la cuve du premier site.

Figure II-31. Installation de la cuve sur le site 2 I.2.2.2 Réutilisation dans l’habitat

I.2.2.2.1 Système de pompage

Le système de pompage et de filtration a été installé dans une salle au rez-de-chaussé du bâtiment. Le système de pompage est de type Rain System AF 150 commercialisé par WILO (Figure II-32). Il est équipé de deux pompes qui fonctionnent en alternance, ou en parallèle en cas de pointe de consommation. Lorsque la cuve est quasiment vide, une sonde et une électrovanne assure la bascule du système de la cuve vers un réservoir de secours. L’eau pour les usages est alors pompée dans un réservoir de 150 L rempli par le réseau d’eau public. La disconnexion totale entre les deux réseaux est assurée par une alimentation du réservoir d’appoint par surverse avec garde d’air. Ce réservoir est équipé d’un flotteur mécanique et d’un trop-plein. Un réservoir sous pression a été installé dans le circuit de façon à éviter les déclenchements intempestifs de la pompe pour de petites quantités ou en cas de fuite.

I.2.2.2.2 Système de filtration

Le système de filtration modèle NW 50 DUO de chez Cintropur est similaire à celui du premier site mais de capacité supérieure. Il comprend une chaussette filtrante à 25 μm suivie d’un filtre d’une contenance d’environ 4,5L, rempli de charbon actif en grain de 0,8 mm de diamètre, type Norit Row 08 SUPRA (Figure II-33). Les préconisations d’entretien sont un changement du filtre chaussette et un renouvellement du charbon actif trois fois par an.

Figure II-32. Système de pompage du site 2 Figure II-33. Système de filtration du site 2

I.2.2.2.3 Traitement UV

Le traitement UV installé est un modèle EUREKA commercialisé par la société RER (Figure II-34). Il est composé d’une chambre de traitement, d’une gaine en quartz et d’une lampe de 95 W. Le remplacement de la lampe est préconisé une fois par an, si elle fonctionne en continu. En cas de panne électrique ou pour toute autre raison empêchant la désinfection, une électrovanne, en position ouverte par défaut, se ferme et empêche la distribution d’eau.

Figure II-34. Traitement UV du site 2

I.2.2.2.4 Raccordement aux usages

Les eaux de pluie collectées servent à l’alimentation des chasses d’eau. Le bâtiment recherche comprend un rez-de-chaussée et un étage. Chaque niveau comporte deux blocs de WC, chacun comprenant un WC « homme » et un WC « femme », soit un total de douze WC. Ces blocs se situent aux extrémités du bâtiment, ceux de l’étage étant à la verticale de ceux situés au rez-de chaussée. Seulement, deux d’entre eux disposent d’un lavabo dans la même pièce que les WC et ont donc été éliminés pour satisfaire aux exigences réglementaires. Ainsi, huit chasses d’eau sont alimentées en eau de pluie.

Une photographie du système de réutilisation complet est fournie sur la Figure II-35. Pour les besoins de l’étude, des vannes supplémentaires et des compteurs ont été ajoutés à l’installation.

Figure II-35. Système de réutilisation des eaux de pluie du site 2 I.2.3 Réalisation de la vidange annuelle

La vidange de la cuve sur le deuxième site a été réalisée le 24 novembre 2010, soit un an après la première mise en eau du système. La cuve a été vidée à l’aide d’un camion hydrocureur (Figure II-36 ; Figure II-37). Dès que le voile de boue a été atteint, l’opération de vidange a été stoppée de façon à permettre le prélèvement de sédiments de fond de cuve (Figure II-38).

Suite à la période estivale, le système avait été entièrement contaminé par un biofilm. La vidange a donc été suivie d’une désinfection du système qui a été réalisée par la Société Méridionale d’Environnement. Le désinfectant utilisé était le Panox composé d’acide peracétique et d’eau oxygénée. Les parois de la cuve ont été nettoyées au karcher et les eaux de lavage évacuées par pompage (Figure II-39).

Figure II-38. Sédiments au fond de la cuve sur le site 2

Figure II-39. Système après désinfection sur le site 2

II

PRELEVEMENTS

II.1 Présentation

La campagne de suivi mise en place comprend différents points de prélèvements situés au fil de l’eau dans le système de récupération des eaux de pluie.

Ainsi, des prélèvements d’eaux stockées en cuve et d’eaux distribuées pour les usages ont été réalisés de façon hebdomadaire sur les deux systèmes de récupération-réutilisation des eaux de pluie étudiés. Les prélèvements ont été effectués de début janvier 2009 à fin février 2010 sur le premier site, et de début novembre 2009 à début novembre 2010 sur le deuxième site. Parallèlement, des prélèvements d’eaux météorites et d’eaux de ruissellement de toiture ont été effectués lors d’évènements pluvieux.

Les caractéristiques de la campagne de prélèvement sont récapitulées dans le Tableau II-1 et illustrées par la Figure II-40.

Tableau II-1. Principaux points de prélèvements et fréquences associées Type de prélèvement Fréquence

eaux météorites

eaux de ruissellement de toiture ponctuel